[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于光頻域反射技術(shù)的深部巖土體光纖測(cè)斜系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011461905.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112393686A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳海軍;王智猛;何建平;邱永平;褚宇光;李安洪;姚裕春;薛元;賴(lài)紫輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02;G01B11/26;G01L1/24
• 代理公司: 成都惠迪專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國(guó)

一種基于光頻域反射技術(shù)的深部巖土體光纖測(cè)斜系統(tǒng)，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)深部土體位移監(jiān)測(cè)，而且溫度補(bǔ)償方便、系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單。包括光纖傾斜傳感單元、測(cè)斜管、光頻域反射解調(diào)模塊、有線或無(wú)線傳輸模塊和角度?位移計(jì)算模塊；多個(gè)光纖傾斜傳感單元分別固定安裝在測(cè)斜管內(nèi)，光纖包括應(yīng)變光纖和溫度信息光纖，應(yīng)變光纖直接粘貼在等強(qiáng)度梁的表面上，光纖通過(guò)光纖傳輸線與光頻域反射解調(diào)模塊連接；光頻域反射解調(diào)模塊解調(diào)光纖傾斜傳感單元的應(yīng)變信息和溫度信息，且通過(guò)有線或無(wú)線傳輸模塊傳輸至傾角?撓度計(jì)算模塊進(jìn)行測(cè)斜管的位移計(jì)算，獲取深部巖土體位移數(shù)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于深部巖土體變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光頻域反射技術(shù)(OFDR)的深部巖土體光纖測(cè)斜系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國(guó)的高陡邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁，尤其是西部山區(qū)，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窈拖嚓P(guān)鐵路、公路交通設(shè)施造成了巨大的威脅。為保障居民人身財(cái)產(chǎn)安全及交通設(shè)施正常運(yùn)營(yíng)，在有滑坡風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域會(huì)設(shè)置諸如抗滑樁、擋土墻、錨桿等支擋結(jié)構(gòu)。但是在降水、地質(zhì)運(yùn)動(dòng)等不利因素的影響下，部分穩(wěn)定的高陡邊坡也存在失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。深部巖土體位移是反映高陡邊坡穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，同時(shí)深部巖土體位移對(duì)鐵路、公路等基建工程的施工及運(yùn)營(yíng)安全有重要影響。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)手段主要分為地表和地下監(jiān)測(cè)兩大類(lèi)。

地表監(jiān)測(cè)方法包括大地測(cè)量法，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)法等，該方法不能反映巖土體的深部變形情況。

地下監(jiān)測(cè)方法包括基于應(yīng)變傳感器的內(nèi)部應(yīng)力測(cè)量法和內(nèi)部?jī)A斜測(cè)量法等。

基于應(yīng)變傳感器的內(nèi)部應(yīng)力測(cè)量法應(yīng)用比較多，主要是在測(cè)斜管上安裝點(diǎn)式應(yīng)變片、光纖光柵或者基于光時(shí)域布里淵反射技術(shù)的分布式光纖，分別實(shí)現(xiàn)測(cè)斜管局部多點(diǎn)應(yīng)變和分布式應(yīng)變測(cè)量。該方法測(cè)量得到是巖土體變形導(dǎo)致測(cè)斜管的應(yīng)力變化，通過(guò)測(cè)斜管在巖土體的變化情況，建立計(jì)算模型可以得到測(cè)斜管的應(yīng)變-撓度關(guān)系。由于測(cè)斜管與巖土體全接觸，深部巖土體變形的位置和范圍不同，基于局部的應(yīng)變測(cè)量值計(jì)算測(cè)斜管撓度，存在誤差較大的問(wèn)題。

光纖布里淵分布式傳感技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，但是測(cè)量精度相對(duì)較低，同樣存在撓度計(jì)算精度不高的問(wèn)題。

光頻域反射(OFDR)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的高精度短距離分布式光纖傳感技術(shù)，目前在實(shí)驗(yàn)室取得了一些重要的成果。相對(duì)于基于分布式光纖布里淵技術(shù)來(lái)說(shuō)，沿測(cè)斜管外表面布設(shè)基于OFDR技術(shù)的分布式光纖可以實(shí)現(xiàn)更高精度的應(yīng)變和相應(yīng)的撓度測(cè)量。考慮到內(nèi)部應(yīng)力測(cè)量法需要基于測(cè)斜管的計(jì)算模型將測(cè)量應(yīng)變轉(zhuǎn)換成撓度，不能更為直觀的反應(yīng)巖土體的位移量，故內(nèi)部?jī)A斜測(cè)量方法得到了更為廣泛的應(yīng)用。

目前內(nèi)部?jī)A斜測(cè)量方法主要是在測(cè)斜管上安裝傾角傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)斜管的傾角測(cè)量，然后直接換算成撓度或位移。已有采用光纖光柵傾斜傳感器和電式傾斜傳感器開(kāi)展測(cè)斜測(cè)量的應(yīng)用。電式傾斜傳感器價(jià)格便宜，測(cè)量精度高，但是其耐久性差和系統(tǒng)集成相對(duì)較復(fù)雜。光纖光柵傾斜傳感器基于波分復(fù)用功能，可以在一根光纖上串聯(lián)多個(gè)傳感器，但是由于巖土體位移變形量大小和位置不確定，可能會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)的光纖光柵傾斜傳感器存在波長(zhǎng)重合的問(wèn)題；同時(shí)由于光纖光柵的量程只有6000～8000με，對(duì)光纖光柵傾斜傳感器的量程或尺寸有一定的約束。

目前未有見(jiàn)采用基于OFDR技術(shù)研發(fā)多點(diǎn)光纖傾斜傳感器開(kāi)展深部巖土體測(cè)量的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于光頻域反射技術(shù)的深部巖土體光纖測(cè)斜系統(tǒng)，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)深部土體位移監(jiān)測(cè)，而且溫度補(bǔ)償方便、系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單。

本發(fā)明解決上述技術(shù)方案所采取的技術(shù)方案如下：